Дифракционное излучение релятивистских электронов, пролетающих через щель между двумя решетками

В данной работе исследовалась монохроматичность резонансного дифракционного излучения от заряда, пролетающего через щель между двумя решетками и показана принципиальная возможность диагностики электронных пучков с энергией выше 1 ГэВ c использованием оптического и РДИ. Моделирование было проведено в пакете Wolfram Mathematica 11.1.
Рассмотренный механизм излучения не сопровождается непосредственным взаимодействием частиц пучка с твердотельной мишенью, что открывает перспективы невозмущающей диагностики пучков на современных ускорителях

Аннотация ………………………………………………………………………………………… 14
Реферат …………………………………………………………………………………………….. 15
Введение …………………………………………………………………………………………… 16
1 Дифракционное излучение……………………………………………………………… 18
1.1 Понятие дифракционного излучения ………………………………………… 18
1.2 Дифракционное излучение от стрипа ……………………………………….. 18
2 Поле ДИ от щели ……………………………………………………………………………. 22
3 Резонансное дифракционное излучение от наклонной решетки ………. 27
3.1 Излучение Смита – Парселла……………………………………………………….. 27
3.2 Эффект Смита – Парселла как резонансное дифракционное излучение
……………………………………………………………………………………………………………………. 30
3.3 Моделирование угловых распределений РДИ от одиночной
наклонной решетки ……………………………………………………………………………………… 35
4 Резонансное дифракционное излучение от набора решеток …………….. 38

4.1 Моделирование спектральных распределений РДИ от одной и двух
наклонных решеток ………………………………………………………………………………….. 40
4.2 Случай, когда траектория электрона не совпадает с центром щели
между двумя решетками (при постоянной ширине щели) …………………………. 43
4.3 Эволюция спектра РДИ от изменения ширины щели для двух
однородных решеток ………………………………………………………………………………… 46
4.4 Эволюция спектра РДИ от изменения ширины щели двух решеток
с разными параметрами ……………………………………………………………………………. 49
4.5 Зависимость спектра РДИ от угла поворота мишени ………………… 54

Заключение ………………………………………………………………………………………. 60
Список литературы …………………………………………………………………………… 62
5 Социальная ответственность ………………………………………………………….. 64
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов ……………… 65
5.2 Обоснование и разработка мероприятий по снижению уровней
опасного и вредного воздействия и устранению их влияния при работе на ПЭВМ
……………………………………………………………………………………………………………………. 66

5.2.1 Организационные мероприятия ……………………………………………………… 66
5.2.2 Технические мероприятия…………………………………………………………. 67
5.2.3 Условия безопасной работы………………………………………………………. 69
5.3 Электробезопасность …………………………………………………………………… 72
5.4 Пожарная и взрывная безопасность ……………………………………………… 76
Список используемых источников по разделу «социальная
ответственность» …………………………………………………………………………………………. 79
6. Предпроектный анализ ………………………………………………………………….. 80

6.1 Потенциальные потребители результатов исследования …………… 80
6.2 Анализ конкурентных технических решений ……………………………. 80
6.3 SWOT-анализ …………………………………………………………………………… 82

7 Инициация проекта ………………………………………………………………………… 84

7.1 Цели и результат проекта …………………………………………………………. 84
7.2 Организационная структура проекта ………………………………………… 85

ФИО, основное место работы, должность………………………………………….. 85

7.3 Ограничения и допущения проекта ………………………………………….. 85

8 Планирование управления научно-техническим проектом………………. 86

8.1. План проекта…………………………………………………………………………… 86
8.2 Бюджет научного исследования ……………………………………………….. 99

8.2.1 Специальное оборудование для научных (экспериментальных) работ 99
8.2.2 Основная заработная плата …………………………………………………………….. 99
8.2.3 Дополнительная заработная плата исполнителей темы …………………. 101
8.2.4 Отчисления во внебюджетные фонды (страховые отчисления) … 101

8.2.5 Накладные расходы ……………………………………………………………………… 102
8.2.6 Прочие прямые затраты………………………………………………………………… 103
8.3 Формирование бюджета затрат научно -исследовательского проекта
………………………………………………………………………………………………………………. 103
8.4 Реестр рисков проекта ……………………………………………………………. 104

9 Определение ресурсной, финансовой, бюджетной, социальной и
экономической эффективности исследования …………………………………………….. 104
Список использованной литературы по разделу «Финансовый
менеджмент» ……………………………………………………………………………………………… 107
Приложение А ………………………………………………………………………………… 108
Аннотация

Дифракционное излучение благодаря своим свойствам находит
применение в области диагностики параметров пучка на ускорителях
заряженных частиц.
В современных ускорителях наблюдается тенденция к уменьшению
поперечных размеров пучков, что приводит к увеличению плотности частиц в
пучке и, в результате, повышение светимости в ускорителях.
Одним из новых методов измерения характеристик пучков заряженных
частиц на ускорителях является использование резонансного дифракционного
излучения (РДИ). Дифракционное излучение представляет собой рассеяние
собственного поля равномерно движущегося заряда на атомах среды.
В данной работе исследовалась монохроматичность резонансного
дифракционного излучения от заряда, пролетающего через щель между двумя
решетками и показана принципиальная возможность диагностики электронных
пучков с энергией выше 1 ГэВ [5] c использованием оптического и РДИ.
Моделирование было проведено в пакете Wolfram Mathematica 11.1.
Рассмотренный механизм излучения не сопровождается
непосредственным взаимодействием частиц пучка с твердотельной мишенью,
что открывает перспективы невозмущающей диагностики пучков на
современных ускорителях
Реферат

Выпускная квалификационная работа 110 с., 35 рис., 26 табл., 27
источников.
Ключевые слова: резонансное дифракционное излучение, излучение
Смит – Парселла, оптическое дифракционное излучение, моделирование,
Wolfram Mathematica 11.1
Объектом исследования является: Резонансное дифракционное
излучение
Цель работы – Выбрать оптимальную геометрию, чтобы проверить
возможность получения информации об угловой расходимости пучка из
спектральных распределений для резонансного ДИ.
В процессе исследования проводилось моделирование некоторых
характеристик оптического и резонансного дифракционного излучения с
помощью математического пакета Wolfram Mathematica 11.1
Степень внедрения: В настоящее время предмет исследования находится
в стадии теоретической проработки.
Область применения: Диагностика пучков заряженных частиц на
ускорителях
Экономическая эффективность/значимость работы на данный момент не
установлена, так как предмет исследования находится в стадии теоретической
проработки.

В данной работе исследовалась монохроматичность резонансного
дифракционного излучения (РДИ) от заряда, пролетающего через щель между
двумя решетками и показана принципиальная возможность измерения
расходимости релятивистских электронных пучков при использовании РДИ.
Также целью работы было выбрать оптимальную геометрию решетки для
получения квазимонохроматического излучения без расщепления линии РДИ.
В процессе исследования проводилось моделирование спектральных и
угловых распределений резонансного дифракционного излучения с помощью
пакета Wolfram Mathematica 11.1
В заключении опишем полученные результаты:
1. Получены спектральные распределения ДИ для стрипа шириной a =
2 мм и для стрипа бесконечной ширины a → ∞. Было получено, что при пролете
заряженной частицы через щель между двумя стрипами, в отличие, когда
частица пролетает на некотором расстоянии от мишени бесконечного размера
спектрально – угловая плотность ДИ, зависит от ширины стрипа.
2. Показано, что спектр дифракционного излучения является
непрерывным, в отличие от спектра резонансного дифракционного излучения,
где появляется зависимость от длины волны. В спектре ДИ идет резкое
возрастание интенсивности до значения длины волны 20 мкм и после этого
остается неизменной (раздел 2). Поэтому оценить угловую расходимость пучка
из спектральных расщеплений ДИ не представляется возможным, в отличие от
спектральных распределений РДИ
3. Разработан код, позволяющий получать спектральные
распределения РДИ от двух решеток.
4. Получены спектральные распределения РДИ от одиночной
наклонной решетки. В разделе 4.2 показано, что распределение спектра от двух
решеток достаточно хорошо повторяет вид распределения спектра от одной
решетки, за исключением, того что образуется расщепления пиков и спектр
уширяется.
5. Получены спектральные распределения для случая, когда траектория
электрона не совпадает с центром щели между двумя решетками (при
постоянной ширине щели). Получена оценка монохроматичности (раздел 4.2):
для пика в диапазоне частот (100 – 130ГГц) величина монохроматичности
составляет около 7.8 % и уменьшается на величину 4.4⸱10-6 при изменении
координаты пролета пучка относительно центральной оси. Величина
монохроматичности изменяется на 10-4 и составляет примерно 1.46% для пика
второго пика в диапазоне частот (330 – 380 ГГц). Таким образом, показано, что
спектр РДИ от двух решеток не зависит от координаты пролета, что существенно
упрощает диагностику пучков по спектру излучения.
Получена эволюция спектрального распределения РДИ от изменения
ширины щели для двух одинаковых решеток. При моделировании спектра РДИ
расщепление линии отсутствует при h1 = h2 = 2.0, 1.95, 3.95, 4.0 мм. В остальных
случаях наблюдается полное или частичное расщепление пика. (рис. 22). Таким
образом можно отметить, что расщепление пиков в спектре исчезает при ширине
щели равной величине периода решетки d и кратное этому значению, и начинает
проявляться при увеличении ширины щели на 1/4d.
6. Получена эволюция спектра РДИ от изменения ширины щели двух
решеток с разными значениями периода d1, d2 и ширины стрипа а1, a2;(Показан
возможность использования такого вида мишеней.)
7. Получена зависимость спектра РДИ от угла поворота мишени. С
увеличением угла поворота спектр будет сдвигаться в область более высоких
частот на 3.2 %, что позволяет использовать уширение спектральной линии для
оценки расходимости пучка (раздел 4.5).